灭火器自动化生产线幻影成像演示设备

韩甫来

本项目是灭火器自动化生产线幻影成像演示系统，用微控制器进行编程控制；运用四联屏技术，并且专门开发了四联屏播放软件实现播放同步；用幻影成像技术、四联屏显像技术实现了角色与生产线的有机结合；运用红外遥控对视频服务器、电动模型、灯光控制进行智能管理，使视频系统、电动系统、光学系统、声音系统、模型系统、灯光系统和控制系统这7套系统有机结合，便于控制。为参观学习者创造了一个清洁安全的展示环境。

研发思路

为了不影响生产单位的生产，还能使参观者避开嘈杂、危险的生产环境，达到良好的交流学习目的，我们决定利用幻影成像技术向参观者展示灭火器自动化生产线。

最初幻影成像的影像部分打算使用投影仪投影，但是经过考察与实验，由于场地及投影仪造价和投影仪灯泡的寿命等因素的限制，最后决定采用镀膜反光屏镜面成像原理和四联屏技术，并且专门开发了四联屏播放软件实现播放音频视频的同步，用幻影成像技术、四联屏显像技术实现了角色与生产线的有机结合。

研究过程

实地调研

了解生产线上各种机械设备的生产流程，获取各类设备影像资料，用于制作幻影成像灭火器自动化生产线展示系统。采集生产线生产过程、工人人像照片。

制订设计方案

设计规划演示设备模型的尺寸、设计图，挑选制作材料。经过几项实验确定最终方案，项目结构如图1所示。

项目分工

项目分工包括3D动画设计、语音动作同步模块设计、布景箱设计、模型制作（3D打印），以及编程、声控、光控、视频传输系统等。

动画制作流程

设计短片中人物、场景的定位，编写剧本，确定短片风格。

在原稿上画出灭火器生产线动画故事情节流程可供参考的二维角色和场景，然后通过三维Maya软件创建模型，接着赋予材质，打灯光，再建立好摄像机，调动画，最后渲染输出。在后期软件中组接渲染出来的分散镜头，制作特效等，使之成为连贯的完整的片子。

生产线流程操作工及机械设备的动画每段各不相同，需要逐个单独完成后再整合，为了使其连贯和流畅，必须找切入点反复调试，最后还要和实景相结合再调试。比如，在做冲床操作工的动画时，工人座椅高低、手臂伸出的长度与冲床模型的比例关系需要合理协调一致（图2）。

模型制作

3D模型通过3D打印机完成，用Sketchup设计3D模型后载入Repetier-Host打印平台，设置模型尺寸与打印所需参数，然后打印出模型构件。打印步骤如下：选择提前设计好的3D模型载入Repetier-Host，设置机器连接端子、通讯端口、波特率、传输协议、连接复位、紧急复位及接收缓存大小；挤出头水平移动速度4800mm/min，手动挤出速度20mm/s，手动回退速度30mm/s，缺省挤出头温度200℃，缺省热床50℃。最终模型效果见图3。

有些模型之间需要多个模型组合，在设计时就要考虑它们之间的尺寸大小比例协调，以及怎样结合等问题。衔接处必须提前设计预留衔接口，必须做到准确无误，这样才能不影响模型设备的运行与美观。两个模型之间如果不需要驱动，就采取插接热熔胶、309胶、502胶、玻璃胶、亚克力专用胶等方法固定，个别地方采取加装螺丝加强固定。

项目贡献及创新点

用微控制器进行编程控制，使灯光效果与视频服务器同步，展示效果得到了强化。

运用四联屏技术，并且专门开发了四联屏播放软件实现播放同步。

用幻影成像技术、四联屏显像技术实现了角色与生产线的有机结合。

幻影成像采用纳米级感光涂层玻璃，使镀膜保持较高的透光率和反射率，膜层采用一种主要成分为SOB的航天感光材料，能使影像产生极大立体纵深感。

运用红外遥控对视频服务器、电动模型、灯光控制进行智能管理，使视频系统、电动系统、光学系统、声音系统、模型系统、灯光系统和控制系统有机结合，便于控制。

该项目获得第32届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等獎。

专家评语

该项目利用幻影成像技术为学习者创造了一个清洁安全的演示环境。项目原理科学、概念清晰、构思巧妙、设计合理，作品教育性强。项目选题新颖，具有实质性创新，对传统方法有突破。作品效果显著，制作规范，具有示范推广价值。希望该项目在教学应用方面作出改进和提升。